SPECT-CT CZT: Rivoluzione Quantitativa o C’è Ancora Lavoro da Fare con il Tecnezio-99m?
Ciao a tutti, appassionati di imaging medico e curiosi della tecnologia! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio un po’ tecnico, ma spero affascinante, nel mondo delle telecamere SPECT-CT, quelle macchine incredibili che ci permettono di “vedere” dentro il corpo umano grazie ai radiofarmaci. In particolare, parleremo delle nuove arrivate, le telecamere basate su rivelatori CZT (Cadmio-Zinco-Tellururo), e di come se la cavano con il nostro “cavallo di battaglia”, il Tecnezio-99m (99mTc).
Un Po’ di Contesto: NaI vs. CZT
Per decenni, i sistemi SPECT si sono basati su grossi cristalli di Ioduro di Sodio (NaI) accoppiati a fotomoltiplicatori. Una tecnologia solida, affidabile, che ha fatto la storia della medicina nucleare. Ma, come in ogni campo, l’innovazione non si ferma mai! Così, nel nuovo millennio, hanno iniziato a farsi strada i rivelatori diretti basati su CZT. All’inizio li abbiamo visti su sistemi piccoli, magari dedicati al cuore, ma poi sono arrivate le macchine a grande campo di vista e, più recentemente, dei sistemi “ad anello” che promettono di rivoluzionare il modo in cui facciamo la SPECT, rendendola quasi simile alla PET per capacità dinamiche e di copertura dell’intero corpo.
Ora, perché tutto questo interesse? Beh, una delle parole chiave nel mondo biomedicale di oggi è “quantificazione”. Non ci basta più solo “vedere” un’immagine; vogliamo misurare, ottenere dati numerici precisi. La PET lo fa da tempo, ma per la medicina nucleare convenzionale è stata una strada più in salita, almeno fino all’avvento dei sistemi SPECT-CT, che combinando l’immagine funzionale della SPECT con quella anatomica della CT, hanno aperto le porte alla quantificazione anche in scintigrafia. Pensate alle applicazioni: osso, cervello, cuore, polmoni, tiroide… la maggior parte degli esami scintigrafici, spesso con traccianti marcati con 99mTc, può beneficiare enormemente dalla capacità di quantificare. E non dimentichiamo la dosimetria per le terapie radiometaboliche o il follow-up dei pazienti!
Cosa Abbiamo Fatto Esattamente?
Circa un decennio fa, avevamo condotto uno studio comparativo sulle prestazioni quantitative dei sistemi SPECT-CT NaI disponibili all’epoca. Ora, con l’arrivo di queste nuove tecnologie CZT, ci siamo detti: “Perché non rifare il punto della situazione?”. Così, abbiamo messo sotto la lente tre sistemi CZT: uno a doppia testa (il GE Discovery NM870 CZT) e due “ad anello” (il GE Starguide e lo Spectrum Dynamics Veriton 200). Come riferimento, abbiamo incluso anche un sistema NaI a doppia testa di ultima generazione (il Siemens Intevo Bold).
Il nostro obiettivo era valutare le loro capacità quantitative usando il 99mTc. Abbiamo guardato all’accuratezza della correzione dell’attenuazione e dello scatter, al recupero del contrasto per piccoli oggetti “caldi” (cioè con più attività) e “freddi” (con meno attività), e alla quantificazione in un’area uniforme grande, usando fattori di conversione determinati da noi. Per le ricostruzioni tomografiche, ci siamo affidati agli algoritmi iterativi forniti dai produttori, che includono correzioni per attenuazione, scatter e recupero della risoluzione.
Abbiamo usato dei fantocci standard (il NEMA NU-2 1994, per esempio) riempiti con acqua e 99mTc, simulando diverse condizioni. Per i sistemi rotanti a doppia testa, abbiamo impostato orbite circolari e un certo numero di proiezioni, mentre per i sistemi ad anello abbiamo usato la modalità “focus”, che concentra la scansione su un volume d’interesse definito dall’utente – un po’ come quando si fa un esame della testa o della caviglia.
Una cosa importante: abbiamo sempre usato le finestre energetiche e i metodi di correzione dello scatter raccomandati dai costruttori. Per lo scatter, ad esempio, si usano metodi come il “dual energy window” (DEW) o il “triple energy window” (TEW), che sostanzialmente cercano di sottrarre i fotoni “sparpagliati” (lo scatter, appunto) da quelli “buoni” che formano l’immagine.
I Risultati: Luci…
Allora, cosa abbiamo scoperto? Iniziamo dalle buone notizie. Le correzioni per l’attenuazione e lo scatter, usando il fantoccio NEMA, sembravano funzionare molto bene su tutti i sistemi. Anzi, per quanto riguarda il recupero del contrasto degli oggetti “freddi”, i sistemi CZT sembravano addirittura superiori al sistema NaI. Questo è un punto a favore del CZT!
Anche la quantificazione in aree uniformi ha dato risultati incoraggianti: abbiamo dimostrato che è possibile raggiungere un errore di quantificazione inferiore al 5%, a patto di usare fattori di conversione adeguati, determinati dall’utente. Questo è fondamentale, perché precisione e affidabilità sono la base per un’utile quantificazione clinica. Per il sistema NaI, i risultati erano in linea con quelli che avevamo ottenuto nel nostro studio precedente, confermando la sua solidità.
…e Qualche Ombra (da Chiarire)
Passiamo ora agli aspetti un po’ più “critici”. Quando si trattava di recuperare il contrasto degli oggetti “caldi”, la situazione si ribaltava: i sistemi CZT, con la correzione dello scatter attiva, mostravano prestazioni inferiori rispetto alla telecamera NaI. Curiosamente, se la correzione dello scatter veniva disattivata, le prestazioni dei CZT diventavano paragonabili a quelle del NaI. Questo ci ha fatto un po’ drizzare le antenne.
Sembra quasi che, per gli oggetti caldi, la correzione dello scatter sui sistemi CZT non solo non migliorasse significativamente il contrasto, ma in alcuni casi lo peggiorasse, a seconda del sistema e della dimensione dell’oggetto. Addirittura, con uno dei sistemi CZT ad anello, i più piccoli oggetti caldi erano a malapena visibili o del tutto assenti dalle immagini corrette per lo scatter! Questo è un bel problema, perché suggerisce una possibile sovracorrezione dello scatter.
Perché succede questo? Beh, i rivelatori CZT hanno uno spettro energetico diverso dai NaI. Quindi, le strategie di correzione dello scatter sviluppate e validate per i NaI potrebbero aver bisogno di una revisione quando applicate ai CZT. Anche l’ampiezza della finestra fotoelettrica potrebbe giocare un ruolo. È interessante notare che, nonostante i produttori dei sistemi CZT GE Discovery e Starguide consigliassero una finestra fotoelettrica classica del 20% quando si applica la correzione dello scatter (e noi abbiamo seguito il consiglio), studi precedenti avevano mostrato cambiamenti marginali nel recupero del contrasto anche con finestre più strette.
Un altro aspetto emerso è il rumore, misurato come coefficiente di variazione (COV) in un’area uniforme del fantoccio. Mentre la correzione dello scatter cambiava di poco il COV per il sistema NaI, lo aumentava per i tre sistemi CZT.
Considerazioni e Sguardo al Futuro
È importante sottolineare alcune cose. Abbiamo cercato di standardizzare il più possibile le condizioni, ma ogni macchina ha le sue peculiarità e i suoi parametri di default. I produttori, specialmente quelli dei sistemi CZT ad anello, sono un po’ “gelosi” dei dettagli dei loro algoritmi, e questo non aiuta noi utenti finali a capire a fondo cosa succede “sotto il cofano”. Questa mancanza di trasparenza è stata recentemente indicata come una sfida ancora aperta sulla strada della quantificazione in SPECT.
Ad esempio, abbiamo notato che per il sistema GE Starguide (e presumibilmente per il Discovery CZT), il metodo DEW viene applicato a livello dei sinogrammi o delle proiezioni, mentre per il Veriton di Spectrum Dynamics è un’implementazione post-ricostruzione. Piccole differenze che possono avere un impatto.
I tempi di acquisizione? Per i fantocci grandi, erano comparabili tra i sistemi GE Discovery CZT, Siemens Intevo NaI e GE Starguide, ma circa il 60% più brevi per il Veriton. Per il fantoccio più piccolo, i sistemi ad anello Starguide e Veriton erano più veloci, grazie alla modalità “focus” che ottimizza la scansione. Questo conferma che i sistemi ad anello possono offrire vantaggi in termini di tempo o sensibilità, a seconda delle dimensioni dell’oggetto.
Certo, il nostro studio ha delle limitazioni. Ci siamo concentrati sul 99mTc, che è sì il re della SPECT, ma ci sono altri isotopi importanti (123I, 131I, 177Lu…). Estendere i nostri risultati a questi isotopi non è scontato. Inoltre, il nostro fantoccio di contrasto, con le barrette calde inserite tra due aree anch’esse calde, potrebbe aver influenzato i risultati, specialmente le scarse prestazioni della correzione dello scatter con il sistema Starguide.
Tirando le Somme
Quindi, qual è il verdetto? I sistemi SPECT-CT basati su CZT, senza correzione dello scatter, hanno dimostrato un recupero del contrasto per oggetti piccoli, caldi e freddi, paragonabile a quello di un sistema NaI all’avanguardia. Tuttavia, la semplice trasposizione delle strategie spettrali sviluppate per le telecamere NaI (come DEW o TEW) per la correzione dello scatter con i rivelatori CZT sembra portare a una possibile sovracorrezione. Questo è particolarmente evidente con gli oggetti caldi più piccoli, che possono risultare poco visibili o assenti.
Nonostante ciò, la buona notizia è che, usando fattori di conversione determinati direttamente dall’utente finale, errori di quantificazione nell’ordine del 10%, o addirittura del 5%, sembrano essere alla nostra portata.
La strada è ancora in evoluzione. I produttori dei sistemi CZT ad anello stanno continuando a lavorare sodo per migliorare i loro gioiellini tecnologici. Questo, speriamo, porterà a una migliore quantificazione e a un miglior contrasto per gli oggetti caldi piccoli. Questi sistemi SPECT “disruptive” hanno un potenziale enorme, e non vediamo l’ora di vedere cosa ci riserverà il futuro!
Fonte: Springer